JP6070635B2 - Semiconductor device - Google Patents

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    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions

Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

ダイオードの順方向電圧の温度依存性を利用して、IGBTの温度を監視する、半導体装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この半導体装置は、還流ダイオードが逆並列に接続されるIGBTの温度を、IGBTのチップと同一チップ内に設けられた温度検出用ダイオードの順方向電圧を検出することによって監視するものである。   2. Description of the Related Art A semiconductor device that monitors the temperature of an IGBT using the temperature dependence of a forward voltage of a diode is known (see, for example, Patent Document 1). In this semiconductor device, the temperature of the IGBT to which the freewheeling diode is connected in antiparallel is monitored by detecting the forward voltage of the temperature detecting diode provided in the same chip as the IGBT chip.

特開2013−183595号公報JP 2013-183595 A

しかしながら、IGBT等のスイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオードは、発熱源の一つである。そのため、還流ダイオードとは別体の温度検出用ダイオードの順方向電圧を検出する従来技術では、還流ダイオードから温度検出用ダイオードへの熱の伝導時間が遅れるため、温度の検出精度が低い。   However, a free-wheeling diode connected in antiparallel to a switching element such as an IGBT is one of heat generation sources. For this reason, in the conventional technique for detecting the forward voltage of a temperature detecting diode separate from the freewheeling diode, the heat conduction time from the freewheeling diode to the temperature detecting diode is delayed, so the temperature detection accuracy is low.

また、ダイオードの順方向電圧の温度依存性は、ダイオードの電流密度が大きいほど低下するので、スイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオードの順方向電圧を検出しても、還流ダイオードの電流密度の大きさによっては、温度の検出精度が低下する場合がある。   In addition, since the temperature dependence of the forward voltage of the diode decreases as the current density of the diode increases, the current density of the freewheeling diode is detected even if the forward voltage of the freewheeling diode connected in reverse parallel to the switching element is detected. Depending on the size, the temperature detection accuracy may decrease.

そこで、温度を高精度に検出できる、半導体装置の提供を目的とする。   Therefore, an object is to provide a semiconductor device capable of detecting temperature with high accuracy.

一つの案では、
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に逆並列に接続される第1の還流ダイオードと、
前記第1の還流ダイオードに並列に接続される電流経路と、
前記電流経路に直列に挿入される第2の還流ダイオードと、
前記第1の還流ダイオードの順方向電圧と前記第2の還流ダイオードの順方向電圧との差電圧に基づいて温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記第1の還流ダイオードの電流密度と前記第2の還流ダイオードの電流密度とが互いに異なる、半導体装置が提供される。
One idea is that
A switching element;
A first freewheeling diode connected in antiparallel to the switching element;
A current path connected in parallel to the first freewheeling diode;
A second freewheeling diode inserted in series with the current path;
Temperature detecting means for detecting a temperature based on a difference voltage between a forward voltage of the first freewheeling diode and a forward voltage of the second freewheeling diode;
A semiconductor device is provided in which the current density of the first free-wheeling diode and the current density of the second free-wheeling diode are different from each other.

一態様によれば、第1の還流ダイオード及び第2の還流ダイオードは発熱源であるので、発熱源そのものの順方向電圧が温度検出に利用されることにより、温度を高精度に検出できる。また、一態様によれば、第1の還流ダイオードの電流密度と第2の還流ダイオードの電流密度とが互いに異なる場合、上記の差電圧の温度依存性は、単独の還流ダイオードの順方向電圧の温度依存性に比べて低下しにくいため、温度を高精度に検出できる。   According to one aspect, since the first free-wheeling diode and the second free-wheeling diode are heat sources, the temperature can be detected with high accuracy by using the forward voltage of the heat source itself for temperature detection. Further, according to one aspect, when the current density of the first freewheeling diode and the current density of the second freewheeling diode are different from each other, the temperature dependence of the above-mentioned differential voltage is the forward voltage of the single freewheeling diode. The temperature can be detected with high accuracy because it is less likely to decrease than temperature dependency.

半導体装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a semiconductor device ダイオードの順方向電圧の温度依存性の一例を示す図The figure which shows an example of the temperature dependence of the forward voltage of a diode 電流密度の相違するダイオードの順方向電圧差の温度依存性の一例を示す図The figure which shows an example of the temperature dependence of the forward voltage difference of the diode from which current density differs 半導体装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a semiconductor device 複数の半導体装置を備える電力変換装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a power conversion device including a plurality of semiconductor devices 半導体装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a semiconductor device 複数の半導体装置を備える電力変換装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a power conversion device including a plurality of semiconductor devices

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、半導体装置の一例である駆動装置1の構成例を示す図である。駆動装置1は、トランジスタS1と、第1ダイオードD1と、経路31と、第2ダイオードD2と、温度検出回路50とを備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a driving device 1 which is an example of a semiconductor device. The driving device 1 includes a transistor S1, a first diode D1, a path 31, a second diode D2, and a temperature detection circuit 50.

トランジスタS1は、スイッチング素子の一例である。第1ダイオードD1は、トランジスタS1に逆並列に接続される第1の還流ダイオードの一例である。経路31は、第1ダイオードD1に並列に接続される電流経路の一例である。第2ダイオードD2は、経路31に直列に挿入される第2の還流ダイオードの一例である。温度検出回路50は、第1ダイオードD1の順方向電圧VF1と第2ダイオードD2の順方向電圧VF2との差電圧ΔVFに基づいて温度を検出する温度検出手段の一例である。   The transistor S1 is an example of a switching element. The first diode D1 is an example of a first free-wheeling diode connected in antiparallel to the transistor S1. The path 31 is an example of a current path connected in parallel to the first diode D1. The second diode D2 is an example of a second free-wheeling diode inserted in series in the path 31. The temperature detection circuit 50 is an example of temperature detection means for detecting a temperature based on a difference voltage ΔVF between the forward voltage VF1 of the first diode D1 and the forward voltage VF2 of the second diode D2.

図2は、ダイオードの順方向電圧VFの温度依存性の一例を示す図である。電流がダイオードに流れると、順方向電圧VFが当該ダイオードのアノードとカソードとの間に発生する。ダイオードの順方向電圧VFは、温度が上昇するにつれて低下する負の温度特性を有する。また、順方向電圧VFの温度依存性は、ダイオードの電流密度が大きいほど低下する。つまり、図2に示されるように、電流密度が大きい場合の順方向電圧VFは、電流密度が小さい場合に比べて、温度が上昇しても低下しにくくなる。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the temperature dependence of the forward voltage VF of the diode. When current flows through a diode, a forward voltage VF is generated between the anode and cathode of the diode. The forward voltage VF of the diode has a negative temperature characteristic that decreases as the temperature increases. Further, the temperature dependence of the forward voltage VF decreases as the current density of the diode increases. That is, as shown in FIG. 2, the forward voltage VF when the current density is large is less likely to decrease as the temperature increases than when the current density is small.

したがって、図2に示されるように、電流密度が大きなダイオードの順方向電圧と電流密度が小さなダイオードの順方向電圧との差電圧は、温度の上昇に伴って次第に大きくなる。つまり、電流密度が大きなダイオードの順方向電圧と電流密度が小さなダイオードの順方向電圧との差電圧ΔVFは、図3に示されるように、温度が上昇するにつれて比例的に増加する正の温度特性を有する。   Therefore, as shown in FIG. 2, the difference voltage between the forward voltage of the diode having a large current density and the forward voltage of the diode having a small current density gradually increases as the temperature rises. That is, the difference voltage ΔVF between the forward voltage of the diode having a large current density and the forward voltage of the diode having a small current density is a positive temperature characteristic that increases proportionally as the temperature rises as shown in FIG. Have

そこで、図1の駆動装置1では、第2ダイオードD2の電流密度は、第1ダイオードD1の電流密度よりも低く設定される。これにより、温度が比較的高い条件下でも、温度検出回路50は、第1ダイオードD1の順方向電圧VF1と第2ダイオードD2の順方向電圧VF2との差電圧ΔVFに基づいて、温度を高精度に検出できる。   Therefore, in the driving device 1 of FIG. 1, the current density of the second diode D2 is set lower than the current density of the first diode D1. Thus, even under a relatively high temperature condition, the temperature detection circuit 50 can accurately determine the temperature based on the difference voltage ΔVF between the forward voltage VF1 of the first diode D1 and the forward voltage VF2 of the second diode D2. Can be detected.

また、第1ダイオードD1と第2ダイオードD2は、いずれも、トランジスタS1のオフ期間に発生する還流電流(順方向電流)が流れる還流ダイオードであるので、順方向電圧と順方向電流とによる大きな熱損失が発生する発熱源そのものである。したがって、発熱源そのものの順方向電圧(つまり、第1ダイオードD1の順方向電圧VF1と第2ダイオードD2の順方向電圧VF2)を温度検出に利用することによって、温度の検出精度が熱の伝導時間の遅れによって低下することを防止できる。よって、温度の検出精度を高めることができる。   In addition, since both the first diode D1 and the second diode D2 are freewheeling diodes through which the freewheeling current (forward current) generated during the off period of the transistor S1 flows, a large amount of heat generated by the forward voltage and the forward current. It is the heat source itself that generates loss. Therefore, by using the forward voltage of the heat generation source itself (that is, the forward voltage VF1 of the first diode D1 and the forward voltage VF2 of the second diode D2) for temperature detection, the temperature detection accuracy can be improved by the heat conduction time. It is possible to prevent the deterioration due to the delay of the. Therefore, the temperature detection accuracy can be increased.

また、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2は、還流電流を流す機能と温度を検出する機能とを兼備するので、温度検出専用のダイオードを還流ダイオードとは別に設ける場合に比べて、駆動装置1の小型化や低コスト化が可能となる。   Further, since the first diode D1 and the second diode D2 have both a function of flowing a reflux current and a function of detecting the temperature, the driving device 1 is compared with a case where a diode dedicated to temperature detection is provided separately from the reflux diode. Can be reduced in size and cost.

また、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2は、トランジスタS1が設けられるチップ20に設けられることにより、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2と同じチップに設けられるトランジスタS1の温度を高精度に検出することが可能となる。   Further, the first diode D1 and the second diode D2 are provided on the chip 20 provided with the transistor S1, thereby detecting the temperature of the transistor S1 provided on the same chip as the first diode D1 and the second diode D2 with high accuracy. It becomes possible to do.

次に、図1の構成について、より詳細に説明する。   Next, the configuration of FIG. 1 will be described in more detail.

駆動装置1は、例えば、トランジスタS1をオンオフ駆動することによって、第1の導電部61又は第2の導電部62に接続される誘導性の負荷(例えば、インダクタ、モータなど)を駆動する手段を備えた半導体回路である。   The driving device 1 includes means for driving an inductive load (for example, an inductor, a motor, or the like) connected to the first conductive unit 61 or the second conductive unit 62 by, for example, driving the transistor S1 on and off. A semiconductor circuit provided.

導電部61は、例えば、電源の正極等の高電源電位部に導電的に接続される電流経路であり、高電源電位部に他のスイッチング素子又は負荷を介して間接的に接続されてもよい。導電部62は、例えば、電源の負極等の低電源電位部(例えば、グランド電位部)に導電的に接続される電流経路であり、低電源電位部に他のスイッチング素子又は負荷を介して間接的に接続されてもよい。   The conductive portion 61 is, for example, a current path that is conductively connected to a high power supply potential portion such as a positive electrode of a power supply, and may be indirectly connected to the high power supply potential portion via another switching element or a load. . The conductive portion 62 is a current path that is conductively connected to a low power supply potential portion (for example, a ground potential portion) such as a negative electrode of a power supply, for example, and indirectly connected to the low power supply potential portion via another switching element or a load. May be connected.

駆動装置1が単数又は複数使用される装置として、例えば、トランジスタS1のオンオフ駆動によって電力を入出力間で変換する電力変換装置が挙げられる。電力変換装置の具体例として、直流電力を昇圧又は降圧するコンバータ、直流電力と交流電力との間で電力変換するインバータなどが挙げられる。   As a device in which one or a plurality of driving devices 1 are used, for example, a power conversion device that converts electric power between input and output by on / off driving of the transistor S1 can be cited. Specific examples of the power converter include a converter that boosts or steps down DC power, an inverter that converts power between DC power and AC power, and the like.

トランジスタS1は、例えば、ゲート端子Gとコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとを有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。ゲート端子Gは、例えば、ゲート駆動回路40に接続される制御端子である。コレクタ端子Cは、例えば、接続点aに接続され、接続点aを介して導電部61に接続される第1の主端子である。エミッタ端子Eは、例えば、接続点dに接続され、接続点dを介して導電部62に接続される第2の主端子である。   The transistor S1 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a gate terminal G, a collector terminal C, and an emitter terminal E. The gate terminal G is a control terminal connected to the gate drive circuit 40, for example. The collector terminal C is, for example, a first main terminal connected to the connection point a and connected to the conductive portion 61 via the connection point a. The emitter terminal E is, for example, a second main terminal connected to the connection point d and connected to the conductive portion 62 via the connection point d.

第1ダイオードD1は、例えば、エミッタ端子Eに接続されるアノードと、コレクタ端子Cに接続されるカソードとを有する整流素子である。第1ダイオードD1のアノードは、エミッタ端子Eが接続される接続点dに接続され、接続点dを介して導電部62に接続されるP型電極である。第1ダイオードD1のカソードは、コレクタ端子Cが接続される接続点aに接続され、接続点aを介して導電部61に接続されるN型電極である。   The first diode D1 is, for example, a rectifying element having an anode connected to the emitter terminal E and a cathode connected to the collector terminal C. The anode of the first diode D1 is a P-type electrode connected to the connection point d to which the emitter terminal E is connected and connected to the conductive portion 62 through the connection point d. The cathode of the first diode D1 is an N-type electrode connected to the connection point a to which the collector terminal C is connected and connected to the conductive portion 61 through the connection point a.

経路31は、例えば、接続点dに接続され、接続点dを介して導電部62に接続される一端と、接続点aに接続され、接続点aを介して導電部61に接続される他端とを有する電流経路である。   For example, the path 31 is connected to the connection point d, connected to the conductive part 62 via the connection point d, connected to the connection point a, and connected to the conductive part 61 via the connection point a. A current path having an end.

第2ダイオードD2は、例えば、温度検出回路50の電圧検出部に接続点bを介して接続されるアノードと、コレクタ端子Cに接続点aを介して接続されるカソードとを有する整流素子である。   The second diode D2 is, for example, a rectifying element having an anode connected to the voltage detection unit of the temperature detection circuit 50 via the connection point b and a cathode connected to the collector terminal C via the connection point a. .

駆動装置1は、例えば、経路31に直列に挿入される抵抗R1を備える。これにより、トランジスタS1のオフ期間において、導電部62から第2ダイオードD2に還流する電流Iの電流値は、導電部62から第1ダイオードD1に還流する電流Iよりも小さくなる。よって、第2ダイオードD2の電流密度を第1ダイオードD1よりも低くすることが可能である。抵抗R1は、例えば、第2ダイオードD2のアノードと第1ダイオードD1のアノードとの間に接続される。電流Iは、第1ダイオードD1の順方向に流れる電流であり、電流Iは、第2ダイオードD2の順方向に流れる電流である。 The drive device 1 includes, for example, a resistor R1 that is inserted in series in the path 31. Thus, in the OFF period of the transistor S1, the current value of the current I 2 flowing back from the conductive portion 62 to the second diode D2 is smaller than the current I 1 flowing back from the conductive portion 62 to the first diode D1. Therefore, the current density of the second diode D2 can be made lower than that of the first diode D1. The resistor R1 is connected, for example, between the anode of the second diode D2 and the anode of the first diode D1. Current I 1 is the current flowing in the forward direction of the first diode D1, current I 2 is the current flowing in the forward direction of the second diode D2.

温度検出回路50は、例えば、抵抗R1に電流が流れることにより発生するセンス電圧Vseをモニタすることによって、第1ダイオードD1の順方向電圧VF1と第2ダイオードD2の順方向電圧VF2との差電圧ΔVFを検出する。センス電圧Vseは、例えば、電流Iが抵抗R1に流れることによって抵抗R1の両端に発生する電圧である。 For example, the temperature detection circuit 50 monitors the sense voltage Vse generated by the current flowing through the resistor R1 to thereby determine the difference voltage between the forward voltage VF1 of the first diode D1 and the forward voltage VF2 of the second diode D2. ΔVF is detected. Sense voltage Vse is, for example, a voltage generated across the resistor R1 by the current I 2 flows through the resistor R1.

エミッタ端子E(言い換えれば、接続点d)を基準電位とすると、コレクタ端子C(言い換えれば、接続点a)のコレクタ電圧Vmは、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2の通電時、−VF1に等しい(Vm=−VF1)。したがって、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2の通電時、センス電圧Vse(言い換えれば、接続点bの電圧)は、
Vse=Vm+VF2=VF2−VF1<0
となる。
Assuming that the emitter terminal E (in other words, the connection point d) is a reference potential, the collector voltage Vm of the collector terminal C (in other words, the connection point a) is -VF1 when the first diode D1 and the second diode D2 are energized. Equal (Vm = −VF1). Therefore, when the first diode D1 and the second diode D2 are energized, the sense voltage Vse (in other words, the voltage at the connection point b) is
Vse = Vm + VF2 = VF2-VF1 <0
It becomes.

したがって、温度検出回路50は、経路31に直列に挿入される抵抗R1に発生するセンス電圧Vseをモニタすることによって、順方向電圧VF1と順方向電圧VF2との差電圧ΔVFを検出できる。つまり、抵抗R1は、第2ダイオードD2の電流密度を小さくする制限抵抗としての機能と、差電圧ΔVFを検出する検出抵抗としての機能とを兼ね備える。   Therefore, the temperature detection circuit 50 can detect the difference voltage ΔVF between the forward voltage VF1 and the forward voltage VF2 by monitoring the sense voltage Vse generated in the resistor R1 inserted in series in the path 31. That is, the resistor R1 has a function as a limiting resistor that reduces the current density of the second diode D2 and a function as a detection resistor that detects the differential voltage ΔVF.

ダイオードの順方向電圧VFとダイオードに流れる順方向電流Iとの関係は、ショックレーのダイオード方程式により、式1で表すことができる。ただし、Isは逆方向飽和電流、Vは熱電圧を表す。 The relationship between the forward voltage VF of the diode and the forward current I flowing through the diode can be expressed by Equation 1 by Shockley's diode equation. However, Is is the reverse saturation current, V T represents the thermal voltage.

Figure 0006070635
なお、式1の{}の項の中の「−1」は、「Exp(VF/V)」に比べて十分小さいため、無視されると、式2が得られる。したがって、式2を変形すると、順方向電圧VFは、式3で表すことができる。
Figure 0006070635
In addition, since “−1” in the {} term of Expression 1 is sufficiently smaller than “Exp (VF / V T )”, Expression 2 is obtained when ignored. Therefore, when Expression 2 is transformed, the forward voltage VF can be expressed by Expression 3.

また、センス電圧Vseは、上記のとおり、「VF2−VF1」に一致する。よって、センス電圧Vseは、式3及び式4を用いると、式5で表すことができる。   Further, the sense voltage Vse matches “VF2−VF1” as described above. Therefore, the sense voltage Vse can be expressed by Equation 5 using Equation 3 and Equation 4.

Figure 0006070635
ただし、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷、Iは第1ダイオードD1に流れる順方向電流、Iは第2ダイオードD2に流れる順方向電流、Isは第1ダイオードD1の逆方向飽和電流、Isは第2ダイオードD2の逆方向飽和電流を表す。
Figure 0006070635
Here, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the elementary charge, I 1 is the forward current flowing through the first diode D1, I 2 is the forward current flowing through the second diode D2, Is 1 the first diode D1 reverse saturation current of, is 2 represents a reverse saturation current of the second diode D2.

逆方向飽和電流Isは、ダイオードの接合面積に比例する。よって、(Is/Is)は第1ダイオードD1と第2ダイオードD2の接合面積比、つまりサイズ比Sを表す。したがって、式5を変形すると、絶対温度Tは、式6で表すことができる。 The reverse saturation current Is is proportional to the junction area of the diode. Therefore, (Is 1 / Is 2 ) represents the junction area ratio of the first diode D1 and the second diode D2, that is, the size ratio S. Therefore, when Equation 5 is transformed, the absolute temperature T can be expressed by Equation 6.

Figure 0006070635
なお、n(=I/I)は、第1ダイオードD1に流れる電流Iと第2ダイオードD2に流れる電流Iの電流値の比(=センス比)を表す(ただし、n>S)。
Figure 0006070635
Note that n (= I 1 / I 2 ) represents the ratio (= sense ratio) of the current value of the current I 1 flowing through the first diode D 1 and the current I 2 flowing through the second diode D 2 (where n> S ).

したがって、q,kは既知の値であり、n,Sも既知の設計値であるため、温度検出回路50は、センス電圧Vseを検出することによって、絶対温度Tを式6に従って推定できる。   Therefore, since q and k are known values and n and S are also known design values, the temperature detection circuit 50 can estimate the absolute temperature T according to Equation 6 by detecting the sense voltage Vse.

温度検出回路50は、例えば、検出されたセンス電圧Vseに応じて、温度情報を出力する。温度情報は、例えば、差電圧ΔVF(つまり、センス電圧Vse)の検出値、絶対温度Tの推定値などが挙げられる。   The temperature detection circuit 50 outputs temperature information, for example, according to the detected sense voltage Vse. Examples of the temperature information include a detected value of the difference voltage ΔVF (that is, the sense voltage Vse), an estimated value of the absolute temperature T, and the like.

駆動装置1は、例えば、ゲート駆動回路40を備える。ゲート駆動回路40は、駆動信号に従って、トランジスタS1をオンオフする。駆動信号は、トランジスタS1のオンオフを指令する指令信号であり、駆動装置1よりも上位のマイクロコンピュータ等の外部装置から供給される信号(例えば、パルス幅変調信号)である。   The drive device 1 includes a gate drive circuit 40, for example. The gate drive circuit 40 turns on and off the transistor S1 according to the drive signal. The drive signal is a command signal for instructing on / off of the transistor S1, and is a signal (for example, a pulse width modulation signal) supplied from an external device such as a microcomputer higher than the drive device 1.

図4は、半導体装置の一例である駆動装置2の構成例を示す図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は省略する。経路31に直列に挿入される抵抗R1は、第2ダイオードD1のカソードと第1ダイオードD1のカソードとの間に接続されてもよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the driving device 2 which is an example of the semiconductor device. A description of the same configurations and effects as those of the above-described embodiment will be omitted. The resistor R1 inserted in series in the path 31 may be connected between the cathode of the second diode D1 and the cathode of the first diode D1.

エミッタ端子E(言い換えれば、接続点d)を基準電位とすると、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2の通電時、センス電圧Vseは、図4の場合、
Vse=−VF2−(−VF1)=VF1−VF2>0
となる。
Assuming that the emitter terminal E (in other words, the connection point d) is a reference potential, when the first diode D1 and the second diode D2 are energized, the sense voltage Vse is as shown in FIG.
Vse = −VF2 − (− VF1) = VF1−VF2> 0
It becomes.

したがって、温度検出回路50は、経路31に直列に挿入される抵抗R1に発生するセンス電圧Vseをモニタすることによって、順方向電圧VF1と順方向電圧VF2との差電圧ΔVFを検出できる。つまり、抵抗R1は、第2ダイオードD2の電流密度を小さくする制限抵抗としての機能と、差電圧ΔVFを検出する検出抵抗としての機能とを兼ね備える。   Therefore, the temperature detection circuit 50 can detect the difference voltage ΔVF between the forward voltage VF1 and the forward voltage VF2 by monitoring the sense voltage Vse generated in the resistor R1 inserted in series in the path 31. That is, the resistor R1 has a function as a limiting resistor that reduces the current density of the second diode D2 and a function as a detection resistor that detects the differential voltage ΔVF.

図5は、複数の駆動装置を備える電力変換装置101の一例を示す構成図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は省略する。   FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a power conversion device 101 including a plurality of drive devices. A description of the same configurations and effects as those of the above-described embodiment will be omitted.

電力変換装置101は、2つの駆動装置3L,3Hを備え、誘導性の負荷70が接続される中間ノード65に対してハイサイドとローサイドのそれぞれに設けられたトランジスタが直列に接続されたアーム回路66を備える。電力変換装置101は、3相式のモータを駆動するインバータとして使用される場合、3相式のモータの相数と同数の3個のアーム回路66を並列に備える。   The power conversion device 101 includes two drive devices 3L and 3H, and an arm circuit in which transistors provided on the high side and the low side are connected in series to an intermediate node 65 to which an inductive load 70 is connected. 66. When used as an inverter that drives a three-phase motor, the power conversion device 101 includes three arm circuits 66 in parallel with the same number of phases as the three-phase motor.

ハイサイドのトランジスタS12に接続される導電部61Hは、高電源電位部63に導電的に接続され、トランジスタS12に接続される導電部62Hは、ローサイドのトランジスタS11又は負荷70を介して低電源電位部64に間接的に接続される。一方、ローサイドのトランジスタS11に接続される導電部62Lは、低電源電位部64に導電的に接続され、トランジスタS11に接続される導電部61Lは、トランジスタS12又は負荷70を介して高電源電位部63に間接的に接続される。   The conductive portion 61H connected to the high-side transistor S12 is conductively connected to the high power supply potential portion 63, and the conductive portion 62H connected to the transistor S12 is connected to the low power supply potential via the low-side transistor S11 or the load 70. It is indirectly connected to the unit 64. On the other hand, the conductive portion 62L connected to the low-side transistor S11 is conductively connected to the low power supply potential portion 64, and the conductive portion 61L connected to the transistor S11 is connected to the high power supply potential portion via the transistor S12 or the load 70. 63 is indirectly connected.

駆動装置3L,3Hは、それぞれ、半導体装置の一例であり、互いに同一の回路構成を有する。よって、駆動装置3Lについての以下の詳細な説明は、駆動装置3Hに援用される。   The driving devices 3L and 3H are examples of semiconductor devices, and have the same circuit configuration. Therefore, the following detailed description about the drive device 3L is incorporated in the drive device 3H.

駆動装置3Lは、スイッチング素子の一例であるトランジスタS11を備えている。トランジスタS11は、電流センス機能付きの絶縁ゲート型電圧制御半導体素子であり、ゲート端子Gとコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとセンスエミッタ端子SEとを有する。   The driving device 3L includes a transistor S11 that is an example of a switching element. The transistor S11 is an insulated gate voltage control semiconductor element with a current sensing function, and has a gate terminal G, a collector terminal C, an emitter terminal E, and a sense emitter terminal SE.

ゲート端子Gは、例えば、制御回路91Lのゲート駆動回路40に接続される制御端子である。コレクタ端子Cは、例えば、接続点aに接続され、接続点aを介して導電部61Lに接続される第1の主端子である。エミッタ端子Eは、例えば、接続点dに接続され、接続点dを介して導電部62Lに接続される第2の主端子である。センスエミッタ端子SEは、例えば、接続点bに接続され、接続点bを介して温度検出回路50及び異常検出回路80に接続されるセンス端子である。   The gate terminal G is a control terminal connected to the gate drive circuit 40 of the control circuit 91L, for example. The collector terminal C is, for example, a first main terminal connected to the connection point a and connected to the conductive portion 61L via the connection point a. The emitter terminal E is, for example, a second main terminal connected to the connection point d and connected to the conductive portion 62L via the connection point d. The sense emitter terminal SE is, for example, a sense terminal connected to the connection point b and connected to the temperature detection circuit 50 and the abnormality detection circuit 80 via the connection point b.

トランジスタS11は、メイントランジスタ12とセンストランジスタ13を含んで構成されている。メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13は、IGBT等のスイッチング素子である。センストランジスタ13は、メイントランジスタ12に並列に接続されている。メイントランジスタ12とセンストランジスタ13は、それぞれ、複数のセルトランジスタから構成されてよい。   The transistor S11 includes a main transistor 12 and a sense transistor 13. The main transistor 12 and the sense transistor 13 are switching elements such as IGBTs. The sense transistor 13 is connected in parallel to the main transistor 12. Each of the main transistor 12 and the sense transistor 13 may be composed of a plurality of cell transistors.

メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13のそれぞれのゲート電極は、トランジスタS11のゲート端子Gに共通接続される制御電極である。メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13のそれぞれのコレクタ電極は、トランジスタS11のコレクタ端子Cに共通接続される第1の主電極である。メイントランジスタ12のエミッタ電極は、トランジスタS11のエミッタ端子Eに接続される第2の主電極である。センストランジスタ13のセンスエミッタ電極は、トランジスタS11のセンスエミッタ端子SEに接続されるセンス電極である。   The gate electrodes of the main transistor 12 and the sense transistor 13 are control electrodes commonly connected to the gate terminal G of the transistor S11. The collector electrodes of the main transistor 12 and the sense transistor 13 are first main electrodes commonly connected to the collector terminal C of the transistor S11. The emitter electrode of the main transistor 12 is a second main electrode connected to the emitter terminal E of the transistor S11. The sense emitter electrode of the sense transistor 13 is a sense electrode connected to the sense emitter terminal SE of the transistor S11.

メイントランジスタ12は、スイッチング素子の一例である。センストランジスタ13は、メイントランジスタ12に流れる電流に応じた電流を生成するセンススイッチング素子の一例であり、メイントランジスタ12に流れる電流が大きいほど大きな電流が流れるセンス素子である。センストランジスタ13は、例えば、メイントランジスタ12に流れる主電流Ieに比例したセンス電流Iseを出力する。   The main transistor 12 is an example of a switching element. The sense transistor 13 is an example of a sense switching element that generates a current corresponding to the current flowing through the main transistor 12. The sense transistor 13 is a sense element through which a larger current flows as the current flowing through the main transistor 12 increases. For example, the sense transistor 13 outputs a sense current Ise proportional to the main current Ie flowing through the main transistor 12.

例えば、コレクタ端子CからトランジスタS11に流入するコレクタ電流は、メイントランジスタ12を流れる主電流Ieとセンストランジスタ13を流れるセンス電流Iseとにセンス比mで分割される。センス電流Iseは、主電流Ieに応じてセンス比mの割合で流れる電流であり、主電流Ieよりも電流値がセンス比mによって小さくされた電流である。センス比mは、例えば、メイントランジスタ12のエミッタ電極の面積と、センストランジスタ13のセンスエミッタ電極の面積との比に応じて決定される。   For example, the collector current flowing into the transistor S11 from the collector terminal C is divided into the main current Ie flowing through the main transistor 12 and the sense current Ise flowing through the sense transistor 13 with a sense ratio m. The sense current Ise is a current that flows at a ratio of the sense ratio m according to the main current Ie, and is a current whose current value is smaller than the main current Ie by the sense ratio m. The sense ratio m is determined according to, for example, a ratio between the area of the emitter electrode of the main transistor 12 and the area of the sense emitter electrode of the sense transistor 13.

主電流Ieは、メイントランジスタ12におけるコレクタ電極とエミッタ電極とを流れ、エミッタ端子Eから出力される。エミッタ端子Eから出力された主電流Ieは、接続点dを介して、導電部62Lを流れる。主電流Ieは、メインダイオードD11に流れる順方向のダイオード電流Iとは逆方向の電流である。 The main current Ie flows through the collector electrode and the emitter electrode in the main transistor 12 and is output from the emitter terminal E. The main current Ie output from the emitter terminal E flows through the conductive portion 62L via the connection point d. The main current Ie, the forward direction of the diode current I 1 flowing through the main diode D11 is a reverse current.

センス電流Iseは、センストランジスタ13におけるコレクタ電極とセンスエミッタ電極とを流れ、センスエミッタ端子SEから出力される。センスエミッタ端子SEから出力されたセンス電流Iseは、抵抗R1及び接続点dを経由して、導電部62Lを流れる。センス電流Iseは、センスダイオードD12に流れる順方向のセンスダイオード電流Iとは逆方向の電流である。 The sense current Ise flows through the collector electrode and the sense emitter electrode in the sense transistor 13 and is output from the sense emitter terminal SE. The sense current Ise output from the sense emitter terminal SE flows through the conductive portion 62L via the resistor R1 and the connection point d. Sense current Ise, the sense diode current I 2 in the forward direction flows through the sensing diode D12 is a reverse current.

駆動装置3Lは、メインダイオードD11及びセンスダイオードD12を備える。メインダイオードD11は、メイントランジスタ12に逆並列に接続される第1の還流ダイオードの一例である。   The driving device 3L includes a main diode D11 and a sense diode D12. The main diode D11 is an example of a first free-wheeling diode connected to the main transistor 12 in antiparallel.

センスダイオードD12は、メインダイオードD11に並列に接続される経路31に直列に挿入される第2の還流ダイオードの一例である。センスダイオードD12は、メインダイオードD11に流れる電流に応じたセンス電流を生成するセンスダイオードの一例であり、メインダイオードD11に流れる電流が大きいほど大きな電流が流れるセンス素子である。センスダイオードD12は、例えば、メインダイオードD11に流れるダイオード電流Iに比例したセンスダイオード電流Iを出力する。 The sense diode D12 is an example of a second freewheeling diode inserted in series in a path 31 connected in parallel to the main diode D11. The sense diode D12 is an example of a sense diode that generates a sense current corresponding to a current flowing through the main diode D11. The sense diode D12 is a sense element through which a larger current flows as the current flowing through the main diode D11 increases. Sensing diode D12, for example, and outputs a sense diode current I 2 proportional to the diode current I 1 flowing through the main diode D11.

センスダイオード電流Iは、ダイオード電流Iに応じてセンス比nの割合で流れる電流であり、ダイオード電流Iよりも電流値がセンス比nによって小さくされた電流である。センスダイオード電流Iは、センスダイオードD12の順方向に流れる電流である。 Sense diode current I 2 is the current flowing at the rate of sense ratio n according to the diode current I 1, the current value than the diode current I 1 is small currents by the sense ratio n. Sense diode current I 2 is the current flowing in the forward direction of the sensing diode D12.

センスダイオードD12のアノードは、センスエミッタ端子SEが接続される接続点bに接続され、接続点bを介して温度検出回路50の電圧検出部に接続されるP型電極である。センスダイオードD12のカソードは、コレクタ端子Cが接続される接続点aに接続され、接続点aを介して導電部61に接続されるN型電極である。   The anode of the sense diode D12 is a P-type electrode connected to the connection point b to which the sense emitter terminal SE is connected and connected to the voltage detection unit of the temperature detection circuit 50 through the connection point b. The cathode of the sense diode D12 is an N-type electrode connected to the connection point a to which the collector terminal C is connected and connected to the conductive portion 61 through the connection point a.

温度検出回路50は、例えば、抵抗R1にセンスダイオード電流Iが流れることにより発生する負のセンス電圧Vseをモニタすることによって、メインダイオードD11の順方向電圧VF1とセンスダイオードD12の順方向電圧VF2との差電圧ΔVFを検出する。この場合、センス電圧Vseは、例えば、センスダイオード電流Iが抵抗R1に流れることによって抵抗R1の両端に発生する電圧である。 Temperature detection circuit 50, for example, by monitoring the negative sense voltage Vse generated by flowing a sense diode current I 2 to the resistor R1, the forward voltage VF2 of the forward voltage VF1 and the sense diode D12 of the main diode D11 The difference voltage ΔVF is detected. In this case, the sense voltage Vse is, for example, a voltage generated across the resistor R1 by the sense diode current I 2 flows through the resistor R1.

メインダイオードD11及びセンスダイオードD12の通電時、温度検出回路50は、例えば、センスダイオード電流Iが抵抗R1に流れることによって発生する負のセンス電圧Vseをモニタすることにより差電圧ΔVFを検出することによって、絶対温度Tを推定できる。 During energization of the main diodes D11 and sensing diode D12, the temperature detection circuit 50, for example, by detecting the voltage difference ΔVF by monitoring the negative sense voltage Vse a sense diode current I 2 is generated by flowing through the resistor R1 Thus, the absolute temperature T can be estimated.

駆動装置3Lは、異常検出回路80を備える。異常検出回路80は、センス電流Iseが抵抗R1を経由することにより発生する正のセンス電圧Vseに基づいて、メイントランジスタ12に流れる主電流Ieの異常を検出する異常検出手段の一例である。この場合、センス電圧Vseは、例えば、センス電流Iseが抵抗R1に流れることによって抵抗R1の両端に発生する電圧である。   The drive device 3L includes an abnormality detection circuit 80. The abnormality detection circuit 80 is an example of an abnormality detection unit that detects an abnormality of the main current Ie flowing through the main transistor 12 based on the positive sense voltage Vse generated when the sense current Ise passes through the resistor R1. In this case, the sense voltage Vse is, for example, a voltage generated at both ends of the resistor R1 when the sense current Ise flows through the resistor R1.

トランジスタS11の通電時、異常検出回路80は、例えば、センス電流Iseが抵抗R1に流れることにより発生する正のセンス電圧Vseと所定の基準電圧とを比較することで、主電流Ieが異常電流(例えば、過電流、短絡電流)であるか否かを判定できる。例えば、異常検出回路80は、正のセンス電圧Vseが所定の基準電圧を超えることが検出されるとき、主電流Ieが過電流であると判定する。   When the transistor S11 is energized, the abnormality detection circuit 80 compares the positive sense voltage Vse generated when the sense current Ise flows through the resistor R1 with a predetermined reference voltage, for example, so that the main current Ie becomes an abnormal current ( For example, it can be determined whether it is an overcurrent or a short-circuit current. For example, the abnormality detection circuit 80 determines that the main current Ie is an overcurrent when it is detected that the positive sense voltage Vse exceeds a predetermined reference voltage.

異常検出回路80は、検出されたセンス電圧Vseに応じて、異常電流検出信号を出力する。異常電流検出信号は、例えば、差電圧ΔVF(つまり、センス電圧Vse)の検出値、異常電流の判定信号などが挙げられる。   The abnormality detection circuit 80 outputs an abnormal current detection signal according to the detected sense voltage Vse. Examples of the abnormal current detection signal include a detection value of the differential voltage ΔVF (that is, the sense voltage Vse), an abnormal current determination signal, and the like.

主電流Ieの異常が異常検出回路80により検出された場合、例えば、トランジスタS11はゲート駆動回路40によりオフされる。トランジスタS11がオフされることにより、メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13がオフするので、異常な主電流Ieの流れを遮断することができる。   When the abnormality of the main current Ie is detected by the abnormality detection circuit 80, for example, the transistor S11 is turned off by the gate drive circuit 40. Since the main transistor 12 and the sense transistor 13 are turned off by turning off the transistor S11, an abnormal flow of the main current Ie can be cut off.

このように、センスエミッタ端子SEは、温度検出のための機能と電流異常検出のための機能とを兼備するので、温度検出用端子と電流異常検出端子との共用化が可能となる。また、端子の共用化によって、端子に接続される配線の共用化も可能となる。   Thus, since the sense emitter terminal SE has both a function for temperature detection and a function for current abnormality detection, the temperature detection terminal and the current abnormality detection terminal can be shared. Further, by sharing the terminals, it is possible to share the wiring connected to the terminals.

また、制御回路91Lの温度検出回路50は、ローサイドのメインダイオードD11から中間ノード65を介して負荷70に還流するダイオード電流Iが流れる場合、例えば、ローサイドのトランジスタS11の温度を検出できる。一方、制御回路91Lの異常検出回路80は、負荷70から中間ノード65を介してローサイドのメイントランジスタ12に流入する主電流Ieが流れる場合、ローサイドのメイントランジスタ12に流入する主電流Ieの異常を検出できる。メインダイオードD11及びセンスダイオードD12は、ローサイドのメイントランジスタ12及びセンストランジスタ13が設けられるチップ21に設けられることにより、ローサイドのトランジスタS11の温度を高精度に検出する効果を高めることが可能となる。 The temperature detection circuit 50 of the control circuit 91L, when the diode current I 1 flowing back from the low side of the main diode D11 to the load 70 through the intermediate node 65 flows, for example, can detect the temperature of the low-side transistor S11. On the other hand, the abnormality detection circuit 80 of the control circuit 91L detects the abnormality of the main current Ie flowing into the low-side main transistor 12 when the main current Ie flowing into the low-side main transistor 12 flows from the load 70 through the intermediate node 65. It can be detected. The main diode D11 and the sense diode D12 are provided on the chip 21 where the low-side main transistor 12 and the sense transistor 13 are provided, so that the effect of detecting the temperature of the low-side transistor S11 with high accuracy can be enhanced.

一方、制御回路91Hの温度検出回路50は、負荷70から中間ノード65を介してハイサイドのメインダイオードD21に還流するダイオード電流Iが流れる場合、例えば、ハイサイドのトランジスタS12の温度を検出できる。一方、制御回路91Hの異常検出回路80は、ハイサイドのメイントランジスタ12から中間ノード65を介して負荷70に流出する主電流Ieが流れる場合、ハイサイドのメイントランジスタ12から流出する主電流Ieの異常を検出できる。メインダイオードD21及びセンスダイオードD22は、ハイサイドのメイントランジスタ12及びセンストランジスタ13が設けられるチップ22に設けられることにより、ハイサイドのトランジスタS12の温度を高精度に検出する効果を高めることが可能となる。 On the other hand, the temperature detection circuit 50 of the control circuit 91H, when the diode current I 1 flows back to the main diode D21 of the high-side from the load 70 via the intermediate node 65 flows, for example, can detect the temperature of the transistor S12 in the high side . On the other hand, the abnormality detection circuit 80 of the control circuit 91H detects the main current Ie flowing from the high-side main transistor 12 when the main current Ie flowing from the high-side main transistor 12 to the load 70 through the intermediate node 65 flows. Anomalies can be detected. The main diode D21 and the sense diode D22 are provided on the chip 22 where the high-side main transistor 12 and the sense transistor 13 are provided, so that the effect of detecting the temperature of the high-side transistor S12 with high accuracy can be enhanced. Become.

図6は、半導体装置の一例である駆動装置4の一例を示す構成図である。上述の実施形態と同様の構成についての説明は省略する。駆動装置4は、図5等の電力変換装置に適用されてもよい。   FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a driving device 4 that is an example of a semiconductor device. A description of the same configuration as that of the above-described embodiment is omitted. The drive device 4 may be applied to the power conversion device shown in FIG.

センス電流Iseが抵抗R1を経由して流れることにより、主電流Ieの大きさに応じたセンス電圧Vseが抵抗R1の両端に発生する。例えば、異常検出回路80は、センス電圧Vseの正の電圧値を検出することによって、主電流Ieの大きさを検出できる。   As the sense current Ise flows through the resistor R1, a sense voltage Vse corresponding to the magnitude of the main current Ie is generated across the resistor R1. For example, the abnormality detection circuit 80 can detect the magnitude of the main current Ie by detecting a positive voltage value of the sense voltage Vse.

異常検出回路80は、例えば、コンパレータ81を有してもよい。コンパレータ81は、センス電圧Vseと正の基準電圧Vref1とを比較し、その比較結果に応じた異常電流検出信号を出力する。コンパレータ81は、センス電圧Vseが正の基準電圧Vref1よりも高いことが検出されるとき、トランジスタS1に過電流(短絡電流でもよい)が流れていると判断し、ハイレベルの異常電流検出信号を出力する。   The abnormality detection circuit 80 may include a comparator 81, for example. The comparator 81 compares the sense voltage Vse and the positive reference voltage Vref1, and outputs an abnormal current detection signal corresponding to the comparison result. When it is detected that the sense voltage Vse is higher than the positive reference voltage Vref1, the comparator 81 determines that an overcurrent (or a short-circuit current) is flowing through the transistor S1, and outputs a high-level abnormal current detection signal. Output.

ハイレベルの異常電流検出信号が異常検出回路80から出力された場合、例えば、トランジスタS1はゲート駆動回路40によりオフされる。トランジスタS1がオフされることにより、メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13がオフするので、異常な主電流Ieの流れを遮断することができる。   When a high-level abnormal current detection signal is output from the abnormality detection circuit 80, for example, the transistor S1 is turned off by the gate drive circuit 40. Since the main transistor 12 and the sense transistor 13 are turned off by turning off the transistor S1, an abnormal flow of the main current Ie can be cut off.

一方、センスダイオード電流Iが抵抗R1を経由して流れることにより、ダイオード電流Iの大きさに応じたセンス電圧Vseが抵抗R1の両端に発生する。例えば、温度検出回路50は、センス電圧Vseの負の電圧値を検出することによって、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2の温度又はメイントランジスタ12及びセンストランジスタ13の温度を検出できる。また、例えば、温度検出回路50は、センス電圧Vseの負の電圧値を検出することによって、ダイオード電流Iの大きさを検出することもできる。 On the other hand, by a sense diode current I 2 flows through the resistor R1, the sense voltage Vse in accordance with the magnitude of the diode current I 1 is generated across the resistor R1. For example, the temperature detection circuit 50 can detect the temperature of the first diode D1 and the second diode D2 or the temperature of the main transistor 12 and the sense transistor 13 by detecting a negative voltage value of the sense voltage Vse. Further, for example, the temperature detection circuit 50 can detect the magnitude of the diode current I 1 by detecting a negative voltage value of the sense voltage Vse.

温度検出回路50は、例えば、コンパレータ51を有してもよい。コンパレータ51は、センス電圧Vseと負の基準電圧Vref2とを比較し、その比較結果に応じた過熱検出信号を出力する。コンパレータ51は、センス電圧Vseが負の基準電圧Vref2よりも低いことが検出されるとき、第1ダイオードD1又はメイントランジスタ12が過熱異常であると判断し、ローレベルの過熱検出信号を出力する。   The temperature detection circuit 50 may include a comparator 51, for example. The comparator 51 compares the sense voltage Vse with the negative reference voltage Vref2, and outputs an overheat detection signal corresponding to the comparison result. When it is detected that the sense voltage Vse is lower than the negative reference voltage Vref2, the comparator 51 determines that the first diode D1 or the main transistor 12 is abnormally overheated, and outputs a low level overheat detection signal.

ローレベルの過熱検出信号が温度検出回路50から出力された場合、例えば、トランジスタS1はゲート駆動回路40によりオフされる。トランジスタS1がオフされることにより、メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13がオフするので、第1ダイオードD1又はメイントランジスタ12の異常な温度上昇を防止することができる。   When a low-level overheat detection signal is output from the temperature detection circuit 50, for example, the transistor S1 is turned off by the gate drive circuit 40. Since the main transistor 12 and the sense transistor 13 are turned off by turning off the transistor S1, an abnormal temperature rise of the first diode D1 or the main transistor 12 can be prevented.

したがって、抵抗R1及びセンスエミッタ端子SEは主電流Ieの異常検出と温度検出の両方の機能を兼ね備えることが可能となるので、小型化及び低コスト化が可能となる。   Therefore, the resistor R1 and the sense emitter terminal SE can have both the function of detecting the abnormality of the main current Ie and the function of detecting the temperature, so that the size and the cost can be reduced.

図7は、複数の駆動装置を備える電力変換装置102の一例を示す構成図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は省略する。   FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an example of a power conversion device 102 including a plurality of drive devices. A description of the same configurations and effects as those of the above-described embodiment will be omitted.

駆動装置5L,5Hは、それぞれ、半導体装置の一例であり、互いに同一の回路構成を有する。よって、駆動装置5Lについての以下の詳細な説明は、駆動装置5Hに援用される。   The driving devices 5L and 5H are examples of semiconductor devices, and have the same circuit configuration. Therefore, the following detailed description about the drive device 5L is incorporated in the drive device 5H.

トランジスタS11は、例えば、メイントランジスタ12とセンストランジスタ13とメインダイオードD11とセンスダイオードD12とが共通のチップ21に設けられたダイオード内蔵IGBTである。ダイオード内蔵IGBTは、ダイオードのアノード電極とIGBTのエミッタ電極とを共通電極とし、ダイオードのカソード電極とIGBTのコレクタ電極とを共通電極とした構造を有している。ダイオード内蔵IGBTは、逆導通IGBT(Reverse Conducting(RC)‐IGBT)とも称される。センスエミッタ端子SEは、例えば、接続点bに接続され、接続点bを介して温度検出回路50及び通電方向判定回路85に接続されるセンス端子である。   The transistor S11 is, for example, a diode built-in IGBT in which the main transistor 12, the sense transistor 13, the main diode D11, and the sense diode D12 are provided in a common chip 21. The diode built-in IGBT has a structure in which the anode electrode of the diode and the emitter electrode of the IGBT are used as a common electrode, and the cathode electrode of the diode and the collector electrode of the IGBT are used as a common electrode. The diode built-in IGBT is also referred to as reverse conducting IGBT (Reverse Conducting (RC) -IGBT). The sense emitter terminal SE is, for example, a sense terminal connected to the connection point b and connected to the temperature detection circuit 50 and the energization direction determination circuit 85 via the connection point b.

通電方向判定回路85は、センスダイオードD12に還流するセンスダイオード電流Iが抵抗R1を経由することにより発生するセンス電圧Vseに基づいて、メイントランジスタ12のオフ状態を維持させるオフ制御手段の一例である。通電方向判定回路85は、正のセンス電圧Vseが検出される場合、トランジスタS11が通電中と判定でき、負のセンス電圧Vseが検出される場合、メインダイオードD11が通電中と判定できる。 Current direction judgment circuit 85, based on the sense voltage Vse generated by sense diode current I 2 flows back to the sensing diode D12 is through a resistor R1, an example of the off-control means for maintaining the OFF state of the main transistor 12 is there. The energization direction determination circuit 85 can determine that the transistor S11 is energized when the positive sense voltage Vse is detected, and can determine that the main diode D11 is energized when the negative sense voltage Vse is detected.

ゲート駆動回路40は、メインダイオードD11が通電中と判定したことを知らせる判定信号が入力されているとき、トランジスタS11をオンさせる駆動信号が供給されても、トランジスタS11のオフ状態を維持する。これにより、ダイオード電流Iが流れているときに、メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13がオフからオンに切り替わることを防止できる。また、ダイオード電流Iが流れているときに、メイントランジスタ12及びセンストランジスタ13がオンすることによって、メインダイオードD11及びセンスダイオードD12の損失が増大することを防止できる。 When the determination signal notifying that the main diode D11 is determined to be energized is input to the gate drive circuit 40, the gate drive circuit 40 maintains the transistor S11 in the off state even if the drive signal for turning on the transistor S11 is supplied. Thus, when the diode current I 1 is flowing, it is possible to prevent the main transistor 12 and the sense transistor 13 is turned on. Further, when the diode current I 1 is flowing, the main transistor 12 and the sense transistor 13 by turning on, it is possible to prevent the loss of main diodes D11 and sensing diode D12 is increased.

温度検出回路50は、例えば、抵抗R1にセンスダイオード電流Iが流れることにより発生する負のセンス電圧Vseをモニタすることによって、メインダイオードD11の順方向電圧VF1とセンスダイオードD12の順方向電圧VF2との差電圧ΔVFを検出する。メインダイオードD11及びセンスダイオードD12の通電時、温度検出回路50は、例えば、センスダイオード電流Iが抵抗R1に流れることによって発生する負のセンス電圧Vseをモニタすることにより差電圧ΔVFを検出することによって、絶対温度Tを推定できる。 Temperature detection circuit 50, for example, by monitoring the negative sense voltage Vse generated by flowing a sense diode current I 2 to the resistor R1, the forward voltage VF2 of the forward voltage VF1 and the sense diode D12 of the main diode D11 The difference voltage ΔVF is detected. During energization of the main diodes D11 and sensing diode D12, the temperature detection circuit 50, for example, by detecting the voltage difference ΔVF by monitoring the negative sense voltage Vse a sense diode current I 2 is generated by flowing through the resistor R1 Thus, the absolute temperature T can be estimated.

通電方向判定回路85は、センス電流Iseが抵抗R1を経由することにより発生する正のセンス電圧Vseに基づいて、メイントランジスタ12に流れる主電流Ieの異常を検出する異常検出手段として機能(例えば、上述の異常検出回路80の機能)も備えてもよい。   The energization direction determination circuit 85 functions as an abnormality detection unit that detects an abnormality of the main current Ie flowing through the main transistor 12 based on the positive sense voltage Vse generated when the sense current Ise passes through the resistor R1 (for example, The function of the abnormality detection circuit 80 described above may also be provided.

以上、半導体装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。   Although the semiconductor device has been described above by way of the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments are possible within the scope of the present invention.

例えば、半導体装置は、集積回路により形成された構成を有する半導体デバイスでもよいし、ディスクリート部品により形成された構成を有する半導体デバイスでもよい。   For example, the semiconductor device may be a semiconductor device having a configuration formed by an integrated circuit, or may be a semiconductor device having a configuration formed by discrete components.

また、トランジスタは、IGBT以外の他のスイッチング素子でもよく、例えば、Nチャネル型又はPチャネル型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)でもよいし、NPN型又はPNP型のバイポーラトランジスタでもよい。MOSFETの場合、「コレクタ」を「ドレイン」に、「エミッタ」を「ソース」に置き換えて読めばよいし、バイポーラトランジスタの場合、「ゲート」を「ベース」に置き換えて読めばよい。   The transistor may be a switching element other than the IGBT, and may be, for example, an N-channel or P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or an NPN-type or PNP-type bipolar transistor. In the case of a MOSFET, it may be read by replacing “collector” with “drain” and “emitter” with “source”, and in the case of bipolar transistor, it may be read by replacing “gate” with “base”.

また、上述の実施形態は、第2の還流ダイオードの電流密度が第1の還流ダイオードの電流密度よりも低い場合を示すものであるが、第1の還流ダイオードの電流密度が第2の還流ダイオードの電流密度よりも低い場合でも、温度を高精度に検出することが可能である。   Moreover, although the above-mentioned embodiment shows the case where the current density of the 2nd freewheeling diode is lower than the current density of the 1st freewheeling diode, the current density of the 1st freewheeling diode is 2nd freewheeling diode. Even when the current density is lower than that, the temperature can be detected with high accuracy.

例えば図1において、抵抗R1は、第2ダイオードD2との直列接続から第1ダイオードD1との直列接続に変更されることによって、第1ダイオードD1の電流密度を第2ダイオードD2の電流密度よりも低くできる。同様に、例えば図5において、異常電流検出回路80が無い等の必要な条件を満たせば、抵抗R1は、センスダイオードD12との直列接続からメインダイオードD11との直列接続に変更されることによって、メインダイオードD11の電流密度をセンスダイオードD12の電流密度よりも低くできる。   For example, in FIG. 1, the resistance R1 is changed from a series connection with the second diode D2 to a series connection with the first diode D1, thereby making the current density of the first diode D1 higher than the current density of the second diode D2. Can be lowered. Similarly, in FIG. 5, for example, if a necessary condition such as the absence of the abnormal current detection circuit 80 is satisfied, the resistor R1 is changed from a series connection with the sense diode D12 to a series connection with the main diode D11. The current density of the main diode D11 can be made lower than the current density of the sense diode D12.

1,2,3L,3H,4,5L,5H 駆動装置(半導体装置の例)
12 メイントランジスタ
13 センストランジスタ
20,21,22 チップ
31 電流経路
40 ゲート駆動回路
50 温度検出回路
61,62 導電部
70 負荷
80 異常検出回路
85 通電方向判定回路
91L,91H 制御回路
101,102 電力変換装置
D1 第1ダイオード
D2 第2ダイオード
D11 メインダイオード
D12 センスダイオード
R1 抵抗
S1,S11,S12 トランジスタ
1, 2, 3L, 3H, 4, 5L, 5H Drive device (example of semiconductor device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Main transistor 13 Sense transistor 20, 21, 22 Chip 31 Current path 40 Gate drive circuit 50 Temperature detection circuit 61, 62 Conductive part 70 Load 80 Abnormality detection circuit 85 Energization direction determination circuit 91L, 91H Control circuit 101, 102 Power conversion device D1 First diode D2 Second diode D11 Main diode D12 Sense diode R1 Resistance S1, S11, S12 Transistor

Claims (7)

スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に逆並列に接続される第1の還流ダイオードと、
前記第1の還流ダイオードに並列に接続される電流経路と、
前記電流経路に直列に挿入される第2の還流ダイオードと、
前記第1の還流ダイオードの順方向電圧と前記第2の還流ダイオードの順方向電圧との差電圧に基づいて温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記第1の還流ダイオードの電流密度と前記第2の還流ダイオードの電流密度とが互いに異なる、半導体装置。
A switching element;
A first freewheeling diode connected in antiparallel to the switching element;
A current path connected in parallel to the first freewheeling diode;
A second freewheeling diode inserted in series with the current path;
Temperature detecting means for detecting a temperature based on a difference voltage between a forward voltage of the first freewheeling diode and a forward voltage of the second freewheeling diode;
A semiconductor device in which a current density of the first free-wheeling diode and a current density of the second free-wheeling diode are different from each other.
前記第2の還流ダイオードの電流密度が、前記第1の還流ダイオードの電流密度よりも低い、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a current density of the second freewheeling diode is lower than a current density of the first freewheeling diode. 前記温度検出手段は、前記電流経路に直列に挿入される抵抗に電流が流れることにより発生する電圧をモニタすることによって、前記差電圧を検出する、請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the temperature detection unit detects the differential voltage by monitoring a voltage generated when a current flows through a resistor inserted in series in the current path. 前記抵抗は、前記第2の還流ダイオードのアノードと前記第1の還流ダイオードのアノードとの間に接続される、請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the resistor is connected between an anode of the second free-wheeling diode and an anode of the first free-wheeling diode. 前記スイッチング素子に流れる電流に応じたセンス電流を生成するセンススイッチング素子と、
前記センス電流が前記抵抗を経由することにより発生するセンス電圧に基づいて、前記スイッチング素子に流れる電流の異常を検出する異常検出手段とを備える、請求項4に記載の半導体装置。
A sense switching element that generates a sense current according to a current flowing through the switching element;
The semiconductor device according to claim 4, further comprising: an abnormality detection unit that detects an abnormality of the current flowing through the switching element based on a sense voltage generated when the sense current passes through the resistor.
前記第2の還流ダイオードに流れる還流電流が前記抵抗を経由することにより発生するセンス電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオフ状態を維持させるオフ制御手段を備える、請求項4又は5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor according to claim 4, further comprising an off control unit configured to maintain an off state of the switching element based on a sense voltage generated when a return current flowing through the second return diode passes through the resistor. apparatus. 前記第1の還流ダイオード及び前記第2の還流ダイオードは、前記スイッチング素子が設けられるチップに設けられる、請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first free-wheeling diode and the second free-wheeling diode are provided on a chip on which the switching element is provided.
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